桩身的负摩阻力并不一定发生于整个软弱压缩土层中,而是在桩周土相对于桩产生下沉的范围内。在地面发生沉降的地基中,长桩的上部为负摩阻力而下部往往仍为正摩阻力。正负摩阻力分界的地方称之为中性点。图8.11给出了桩穿过会产生负摩阻力土层而达到坚硬土层的竖向荷载传递情况。
图8.11 单桩在产生负摩阻力时的荷载传递
要确定桩的负摩阻力的大小就必须知道负摩阻力在桩上的分布范围,亦即需要确定中性点的位置。由于桩周摩阻力的大小与桩土间的相对位移有关,而中性点处的摩阻力为零,故其相对位移也为零,同时下拉荷载在中性点处达到最大值,即在中性点截面桩身轴力达到最大值(Q+Q n )(图8.11d)。地面至中性点的深度l n 与桩周土的压缩性、变形条件以及桩和持力层土的刚度等因素有关,理论上可根据桩的竖向位移和桩周地基内竖向位移相等的条件来确定中性点的位置。但由于桩在荷载下的沉降稳定历时、沉降速率等都与周围土的沉降情况不同,要准确确定中性点的位置比较困难,一般根据现场试验所得的经验数据近似地加以确定,即以l n 与桩周软弱土层的下限深度l 0 的比值β的经验数值来确定中性点的位置。
桩周土层的固结随时间而变化,故土层的竖向位移和桩身截面位移都是时间的函数。因此,在桩顶荷载Q的作用下,中性点位置、摩阻力以及轴力等也都相应发生变化。当桩身位移稳定后,则土层固结的程度和速率是影响Q n 的大小和分布的主要因素。固结程度高、地面沉降大,则中性点往下移;固结速率大,则Q n 增长快。但Q n 的增长需经过一定的时间才能达到极限值。在该过程中,桩身在Q n 作用下产生压缩,随着Q n 的产生和增大,桩端处轴力增加,沉降也相应增大,由此导致桩土相对位移减少,Q n 降低,逐渐达到稳定状态。